CN113345312A - 一种四自由度并联机构及应用该机构的运动模拟器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种四自由度并联机构及应用该机构的运动模拟器，涉及智能机器技术领域，其包括固定架和动平台，所述动平台与固定架之间设置有回转导向组件和若干个气动支杆，所述固定架和动平台的相对面上设置有若干个铰座，所述气动支杆的端部与铰座之间铰接；所述铰座朝向气动支杆的一侧开设有安装槽，所述安装槽内适配插设有安装块，所述气动支杆的端部与安装块的一侧铰接；所述安装槽的内侧壁上开设有锁止槽，所述锁止槽内滑移设置有锁止杆，所述安装块的外侧壁上开设有供锁止杆插设并且相抵的限位槽，所述安装块上设置有滑移组件。本申请具有为了便于对气动支杆快速拆装检修，减少操作难度，延长机构使用寿命的效果。

Description

一种四自由度并联机构及应用该机构的运动模拟器

技术领域

本申请涉及智能机器技术领域，尤其是涉及一种四自由度并联机构及应用该机构的运动模拟器。

背景技术

目前，并联机构是一种由多个并行链构成的闭环***，其具有高刚度、高精度、高承载能力，结构简单紧凑以及易于实现高速运动等一系列优点，被广泛应用于飞机飞行、战车道路模拟、潜艇模拟等运动模拟器领域，可以很好地满足VR技术中对运动载体的要求。

相关技术中设计有申请公布号为CN106903676A的中国专利提供了一种气动人工肌肉驱动的四自由度并联机构，其包括固定架和动平台，动平台位于固定架的上方，动平台与固定架之间设置有回转导向组件和若干个支链，回转导向组件对动平台提供约束，限制动平台两个方向的平动；支链包括气动人工肌肉、上铰座和下铰座，气动人工肌肉转动设置在上铰座和下铰座之间，上铰座与动平台通过螺栓固定连接，下铰座与固定架通过螺栓固定连接，支链可以对动平台进行支撑并为动平台运动提供动力。

针对上述中的相关技术，发明人认为这种并联机构上的支链在损坏后需要对支链进行维修或者更换，而上铰座和下铰座均通过螺栓进行固定，对支链维修需要将上铰座和下铰座拆卸，操作繁琐，不便于对支链进行拆装维护，因此有待改善。

发明内容

第一方面，为了便于对气动支杆快速拆装和检修，减少操作难度，延长机构的使用寿命，本申请提供的一种四自由度并联机构采用如下的技术方案：

一种四自由度并联机构，包括固定架和动平台，所述动平台与固定架之间设置有回转导向组件，所述动平台与固定架之间设置有若干个气动支杆，所述固定架和动平台的相对面上设置有若干个铰座，所述气动支杆的端部与铰座之间铰接；所述铰座朝向气动支杆的一侧开设有安装槽，所述安装槽内适配插设有安装块，所述气动支杆的端部与安装块远离安装槽底壁方向的一侧铰接；所述安装槽的内侧壁上开设有锁止槽，所述锁止槽内滑移设置有锁止杆，所述安装块的外侧壁上开设有供锁止杆插设并且相抵的限位槽，所述安装块上设置有滑移组件，所述滑移组件用于驱动锁止杆在锁止槽内滑移。

通过采用上述技术方案，需要对气动支杆进行拆卸维修时，通过滑移组件驱动锁止杆在锁止槽内滑移，将锁止杆与限位槽相互脱离，此时可以将安装块从安装槽内取出，将气动支杆与铰座之间进行快速拆卸，待维修完后，将安装块插设至安装槽内，带限位槽与锁止槽相互齐平时，通过滑移组件驱动锁止杆在锁止槽内滑移，将锁止杆插设限位槽内，锁止杆与限位槽内侧壁相抵，从而将安装块固定在安装槽内，快速对气动支杆进行拆装更换，无需人为对铰座进行拆卸，减少了操作难度，便于检修。

可选的，所述安装槽在铰座上设置有两个，所述滑移组件包括驱动杆、齿轮和齿条，所述铰座内设置有驱动腔，所述驱动腔与锁止槽相互连通，所述铰座朝向气动支杆方向的一侧开设有与驱动腔相互连通的驱动槽，所述驱动杆转动设置在驱动槽内，所述驱动杆朝向驱动腔方向的一端与齿轮固定连接，所述齿轮位于驱动腔内，所述齿条固定设置在锁止杆的外侧壁上，所述齿条的长度方向沿锁止杆的长度方向设置，所述齿轮与齿条相互啮合。

通过采用上述技术方案，需要驱动锁止杆在锁止槽内滑移时，通过转动驱动杆，驱动杆在驱动槽内转动带动齿轮转动，此时齿轮与齿条相抵，进而带动锁止杆在锁止槽内滑移，通过转动驱动杆实现同时控制铰座上的两个锁止杆的滑移，减少了制作成本的同时提高了操作的便捷性。

可选的，所述驱动杆的外侧壁对称固定设置有一组助力杆，所述助力杆可与安装块的上表面相抵。

通过采用上述技术方案，一方面驱动助力杆便于带动驱动杆在驱动槽内转动，提高了操作的便捷性，另一方面驱动助力杆带动锁止杆插设至限位槽内后，助力杆可以与安装块的上表面相抵，此时助力杆可以对安装块起到限位作用，提高了安装块在安装槽内的稳定性。

可选的，所述限位槽的底壁上固定设置有磁性件，所述锁止杆朝向限位槽方向的一端固定设置有与磁性件相互吸附的吸附件。

通过采用上述技术方案，通过转动驱动杆带动锁止杆插设至限位槽内后，使锁止杆端部的吸附件与磁性件相互吸附，提高了锁止杆在限位槽内的稳定性，从而提高了并联机构在使用时的安全性。

第二方面，为了提高模拟器的适用度和功能性，本申请提供的一种应用该四自由度并联机构的运动模拟器，采用如下的技术方案：包括座椅，所述座椅转动设置在动平台上，所述动平台的表面开设有旋转槽，所述旋转槽内转动设置有旋转盘，所述座椅固定安装在旋转盘上，所述动平台上设置有旋转组件，所述旋转组件用于驱动旋转盘在旋转槽内转动并对旋转盘进行固定

通过采用上述技术方案，在使用应用改并联机构的运动模拟器时，通过旋转组件驱动旋转盘在旋转槽内转动，控制座椅在动平台上的转动，对座椅的角度进行调节，便于使用者根据实际使用需求调节座椅的朝向，以适应不同的应用场景，提高了模拟器的功能性和适用度。

可选的，所述旋转组件包括蜗轮、蜗杆、伺服电机和控制开关，所述蜗轮固定设置在旋转盘的下表面，所述蜗轮和旋转盘之间同轴设置，所述蜗杆转动设置在动平台内并与蜗轮相互啮合，所述伺服电机固定安装在动平台上，所述伺服电机的驱动轴与蜗杆之间固定连接，所述控制开关设置在座椅上并用于控制伺服电机正反转。

通过采用上述技术方案，使用者在座椅上通过控制开关控制伺服电机正反转，伺服电机带动蜗杆转动，进而带动蜗轮转动，进而带动旋转盘及座椅转动，实现对座椅朝向的快速调节，蜗轮和蜗杆之间可以快速锁止，模拟器使用时的安全性高，同时便于使用者调节。

可选的，所述旋转槽的底壁上开设有若干个嵌置槽，所述嵌置槽内转动设置有与旋转盘底壁相抵的支撑球。

通过采用上述技术方案，伺服电机带动旋转盘转动时，支撑球对旋转盘支撑，支撑球可以在嵌置槽内转动，减小了旋转盘与旋转槽底壁之间的摩擦力，便于伺服电机带动旋转盘转动。

可选的，所述动平台上对称设置有一组限位环板，所述限位环板的下表面与旋转盘的上表面相互贴合。

通过采用上述技术方案，使用者在座椅上操作时，限位环板可以对旋转盘限位，缓解旋转盘与旋转槽相互脱离的现象，提高了模拟器使用时的稳定性。

可选的，所述限位环板的底部固定设置有燕尾块，所述动平台上开设有燕尾槽，所述燕尾块滑移设置在燕尾槽内，所述燕尾块上螺纹连接有与燕尾槽底壁相抵的锁紧螺栓。

通过采用上述技术方案，转动锁紧螺栓，将锁紧螺栓与燕尾槽相互脱离，此时可以驱动燕尾块在燕尾槽内滑移，将限位环板与旋转盘的表面相互脱离，此时可以对座椅与动平台之间进行拆卸，便于对模拟器进行维护。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置安装槽、安装块、锁止槽、锁止杆、限位槽和滑移组件，可以将安装块固定在安装槽内，快速对气动支杆进行拆装更换，无需人为对铰座进行拆卸，减少了操作难度，便于检修；

2.通过设置驱动杆、齿轮、齿条、驱动腔、驱动槽、助力杆、磁性件和吸附件，转动助力杆带动驱动杆在驱动槽内转动，进而带动齿轮转动，实现同时控制铰座上的两个锁止杆的滑移，减少了制作成本的同时提高了操作的便捷性；

3.通过设置旋转槽、旋转盘、蜗轮、蜗杆、伺服电机和控制开关，便于使用者根据实际使用需求调节座椅的朝向，以适应不同的应用场景，提高了模拟器的功能性和适用度。

附图说明

图1是实施例中一种四自由度并联机构的结构示意图。

图2是用于体现实施例中铰座的横向剖视图。

图3是用于体现实施例中铰座的竖向剖视图。

图4是实施例中一种应用四自由度并联机构的运动模拟器的结构示意图。

图5是用于体现实施例中座椅和动平台之间连接关系的剖视图。

附图标记说明：1、回转导向组件；11、固定架；12、动平台；2、气动支杆；21、铰座；211、驱动腔；212、驱动槽；3、安装槽；31、安装块；4、锁止槽；41、锁止杆；42、限位槽；5、滑移组件；51、驱动杆；52、齿轮；53、齿条；54、助力杆；61、磁性件；62、吸附件；7、座椅；71、旋转盘；72、旋转槽；8、旋转组件；81、蜗轮；82、蜗杆；83、伺服电机；84、控制开关；9、嵌置槽；91、支撑球；10、限位环板；101、燕尾块；1011、锁紧螺栓；102、燕尾槽。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种四自由度并联机构。参照图1，其固定架11和动平台12，动平台12位于固定架11的上方，动平台12与固定架11之间安装有回转导向组件1，回转导向组件1对动平台12提供约束，限制动平台12两个方向的平动。动平台12与固定架11之间设置有若干个气动支杆2，气动支杆2用于对动平台12进行支撑并为动平台12提供动力，固定架11和动平台12的相对面上通过螺栓设置有若干个铰座21，气动支杆2的端部与铰座21之间铰接，每个铰座21上均连接有两个气动支杆2。

参照图1和图2，铰座21朝向气动支杆2的一端开设有安装槽3，安装槽3内适配插设有安装块31，气动支杆2的端部与安装块31远离安装槽3底壁方向的一端铰接。安装槽3的内侧壁上开设有锁止槽4，锁止槽4内滑移设置有锁止杆41，锁止杆41的外侧壁和锁止槽4的内侧壁相互贴合。安装块31的外侧壁上开设有供锁止杆41插设的限位槽42，限位槽42的内侧壁和锁止杆41的外侧壁相互贴合。安装块31上设置有滑移组件5，通过滑移组件5驱动锁止杆41在锁止槽4内滑移，将锁止杆41与限位槽42相互脱离，此时可以将安装块31从安装槽3内取出，无需人为拆卸铰座21即可将气动支杆2从机构上拆卸下来；将安装块31插设在安装槽3内，利用滑移组件5将锁止杆41同时插设至锁止槽4和限位槽42内，此时锁止杆41可以对安装块31限位，以便于对气动支杆2进行维修的效果。

参照图2和图3，滑移组件5包括驱动杆51、齿轮52、齿条53和助力杆54，铰座21内设置有驱动腔211，驱动腔211与两个锁止槽4相互连通，铰座21朝向安装槽3方向的一侧开设有与驱动槽212，驱动槽212与驱动腔211相互连通。驱动杆51转动设置在驱动槽212内，驱动杆51朝向驱动腔211方向的一端与齿轮52固定连接，齿轮52与驱动杆51同轴设置，齿轮52位于驱动腔211内。齿条53一体设置在锁止杆41的外侧壁上，齿条53的长度方向沿锁止杆41的长度方向设置，齿条53与驱动腔211内齿轮52啮合。助力杆54通过焊接固定在驱动杆51的外侧壁上，助力杆54在每个驱动杆51上对称设置有两个，助力杆54与安装块31的上表面相抵。需要驱动锁止杆41在锁止槽4内滑移时，通过转动助力杆54带动驱动杆51转动，将助力杆54与安装块31的表面相互脱离，此时驱动杆51带动齿轮52与齿条53相抵，同时带动安装块31上的两个锁止杆41滑移，进而带动锁止杆41与限位槽42相互脱离，操作方便快捷。

参照图2，限位槽42的底壁上粘接固定设置有磁性件61，磁性件61为磁铁，锁止杆41朝向限位槽42方向的一端粘接固定设置有吸附件62，吸附件62为铁块，将锁止杆41插设至锁止槽4内后，利用磁性件61与吸附件62相互吸附，提高了锁止杆41在限位槽42内的稳定性。

本申请实施例一种四自由度并联机构的实施原理为：需要对气动支杆2进行拆卸维修更换时，通过转动助力杆54带动驱动杆51转动，进而带动齿轮52与齿条53相抵，驱动锁止杆41在锁止槽4内滑移，将锁止杆41与限位槽42相互脱离，此时将安装块31从安装槽3内取出，无需人为拆卸铰座21即可将气动支杆2从机构上拆卸下来，操作方便快捷，便于对气动支杆2进行维修更换。

本申请实施例还公开一种应用四自由度并联机构的运动模拟器。参照图4和图5，包括座椅7，座椅7转动设置在动平台12上，动平台12的表面开设有旋转槽72，旋转槽72内转动设置有旋转盘71，座椅7固定安装在旋转盘71上。动平台12上设置有旋转组件8，旋转组件8带动旋转盘71在旋转槽72内转动，可以改变座椅7的朝向，以便于适应不同的应用场景。

参照图4和图5，旋转组件8包括蜗轮81、蜗杆82、伺服电机83和控制开关84，蜗轮81焊接固定设置在旋转盘71的下表面，蜗轮81和旋转盘71之间同轴设置。蜗杆82转动设置在动平台12内并与蜗轮81之间相互啮合，伺服电机83固定安装在动平台12上，伺服电机83的驱动轴与蜗杆82之间相连。控制开关84设置在座椅7上，控制开关84与伺服电机83信号通过控制器和无线信号相互连接。当使用者在座椅7上时，通过控制开关84控制伺服电机83正反转，伺服电机83带动蜗杆82正反转，进而带动蜗轮81转动，进而带动旋转盘71及座椅7转动，蜗轮81与蜗杆82之间可以快速锁止，从而实现对座椅7朝向的快速调节。

参照图5，旋转槽72的底壁上开设有若干个嵌置槽9，嵌置槽9内转动设置有与旋转盘71底壁相抵的支撑球91，旋转组件8驱动旋转盘71在旋转槽72内转动时，支撑球91减小了旋转盘71与旋转槽72底壁之间的摩擦力，便于伺服电机83带动旋转盘71转动。

参照图4和图5，动平台12上对称设置有一组限位环板10，限位环板10的长度方向沿旋转盘71的圆周方向设置，限位环板10的下表面与旋转盘71的上表面相互贴合，限位环板10对旋转盘71限位，缓解旋转盘71与旋转槽72相互脱离的现象。限位环板10的底部焊接固定设置有燕尾块101，动平台12上对称开设有一组燕尾槽102，燕尾块101滑移设置在燕尾槽102内，驱动燕尾块101在燕尾槽102内滑移，可以将限位环板10与旋转盘71相互脱离，将座椅7与动平台12之间进行拆卸，以便于对模拟器进行维修。燕尾块101上螺纹连接有锁紧螺栓1011，转动锁紧螺栓1011，将锁紧螺栓1011与燕尾槽102的底壁相抵，对限位环板10在动平台12上进行固定。

本申请实施例一种应用四自由度并联机构的运动模拟器的实施原理为：使用者在座椅7上时，通过控制开关84控制伺服电机83正反转，带动蜗轮81和蜗杆82进行转动，进而带动旋转盘71和座椅7进行转动，可以快速改变座椅7的朝向，以使模拟器能够适应不同的应用场景，提高了模拟器的功能性和适用度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种四自由度并联机构，包括固定架(11)和动平台(12)，所述动平台(12)与固定架(11)之间设置有回转导向组件(1)，所述动平台(12)与固定架(11)之间设置有若干个气动支杆(2)，所述固定架(11)和动平台(12)的相对面上设置有若干个铰座(21)，所述气动支杆(2)的端部与铰座(21)之间铰接；其特征在于：所述铰座(21)朝向气动支杆(2)的一侧开设有安装槽(3)，所述安装槽(3)内适配插设有安装块(31)，所述气动支杆(2)的端部与安装块(31)远离安装槽(3)底壁方向的一侧铰接；所述安装槽(3)的内侧壁上开设有锁止槽(4)，所述锁止槽(4)内滑移设置有锁止杆(41)，所述安装块(31)的外侧壁上开设有供锁止杆(41)插设并且相抵的限位槽(42)，所述安装块(31)上设置有滑移组件(5)，所述滑移组件(5)用于驱动锁止杆(41)在锁止槽(4)内滑移。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机构，其特征在于：所述安装槽(3)在铰座(21)上设置有两个，所述滑移组件(5)包括驱动杆(51)、齿轮(52)和齿条(53)，所述铰座(21)内设置有驱动腔(211)，所述驱动腔(211)与锁止槽(4)相互连通，所述铰座(21)朝向气动支杆(2)方向的一侧开设有与驱动腔(211)相互连通的驱动槽(212)，所述驱动杆(51)转动设置在驱动槽(212)内，所述驱动杆(51)朝向驱动腔(211)方向的一端与齿轮(52)固定连接，所述齿轮(52)位于驱动腔(211)内，所述齿条(53)固定设置在锁止杆(41)的外侧壁上，所述齿条(53)的长度方向沿锁止杆(41)的长度方向设置，所述齿轮(52)与齿条(53)相互啮合。

3.根据权利要求2所述的一种四自由度并联机构，其特征在于：所述驱动杆(51)的外侧壁对称固定设置有一组助力杆(54)，所述助力杆(54)可与安装块(31)的上表面相抵。

4.根据权利要求2所述的一种四自由度并联机构，其特征在于：所述限位槽(42)的底壁上固定设置有磁性件(61)，所述锁止杆(41)朝向限位槽(42)方向的一端固定设置有与磁性件(61)相互吸附的吸附件(62)。

5.一种应用权利要求1至4中任一所述四自由度并联机构的运动模拟器，其特征在于：包括座椅(7)，所述座椅(7)转动设置在动平台(12)上，所述动平台(12)的表面开设有旋转槽(72)，所述旋转槽(72)内转动设置有旋转盘(71)，所述座椅(7)固定安装在旋转盘(71)上，所述动平台(12)上设置有旋转组件(8)，所述旋转组件(8)用于驱动旋转盘(71)在旋转槽(72)内转动并对旋转盘(71)进行固定。

6.根据权利要求5所述的一种应用四自由度并联机构的运动模拟器，其特征在于：所述旋转组件(8)包括蜗轮(81)、蜗杆(82)、伺服电机(83)和控制开关(84)，所述蜗轮(81)固定设置在旋转盘(71)的下表面，所述蜗轮(81)和旋转盘(71)之间同轴设置，所述蜗杆(82)转动设置在动平台(12)内并与蜗轮(81)相互啮合，所述伺服电机(83)固定安装在动平台(12)上，所述伺服电机(83)的驱动轴与蜗杆(82)之间固定连接，所述控制开关(84)设置在座椅(7)上并用于控制伺服电机(83)正反转。

7.根据权利要求6所述的一种应用四自由度并联机构的运动模拟器，其特征在于：所述旋转槽(72)的底壁上开设有若干个嵌置槽(9)，所述嵌置槽(9)内转动设置有与旋转盘(71)底壁相抵的支撑球(91)。

8.根据权利要求6所述的一种应用四自由度并联机构的运动模拟器，其特征在于：所述动平台(12)上对称设置有一组限位环板(10)，所述限位环板(10)的下表面与旋转盘(71)的上表面相互贴合。

9.根据权利要求8所述的一种应用四自由度并联机构的运动模拟器器，其特征在于：所述限位环板(10)的底部固定设置有燕尾块(101)，所述动平台(12)上开设有燕尾槽(102)，所述燕尾块(101)滑移设置在燕尾槽(102)内，所述燕尾块(101)上螺纹连接有与燕尾槽(102)底壁相抵的锁紧螺栓(1011)。

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